Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Января 2013 в 11:21, лекция
Рассмотрены принципы и сетевые решения при построении сетей на базе популярной технологии Ethernet. Большинство из приведенных материалов ранее не было опубликовано и было доступно лишь специалистам, занимающимся проектированием и эксплуатацией сетей.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ"
С.Л. Гавлиевский
ПОСТРОЕНИЕ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
НА БАЗЕ КОММУТАТОРОВ ETHERNET
Учебное пособие
Самара 2006
УДК 681.324
Построение компьютерных сетей на базе коммутаторов Ethernet:
Учеб. пособ./ С.Л. Гавлиевский; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2006. 67с.
Рассмотрены принципы и сетевые решения при построении сетей на базе популярной технологии Ethernet. Большинство из приведенных материалов ранее не было опубликовано и было доступно лишь специалистам, занимающимся проектированием и эксплуатацией сетей.
Предназначено для студентов специальности 22.01 «Электронные вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и родственных специальностей всех форм обучения, а также может быть полезно системным администраторам, проектировщикам, всем, кто хочет познакомиться с сетевыми решениями.
Ил. 31. Табл. 2. Библиогр.: 10 назв
Печатается по решению
редакционно-издательского
Рецензент главный специалист ОАО «Гипросвязь» по направлению «Сетевая интеграция и новые информационные технологии» О.В.Сироткина
© С.Л. Гавлиевский, 2006
© Самарский государственный
технический университет, 2006
Компьютерная (вычислительная) сеть - это совокупность компьютеров и другого периферийного оборудования (принтеров, графических устройств, мощных накопителей, модемов и т.п.), соединенных с помощью каналов связи в единую систему так, что они могут связываться между собой и совместно использовать ресурсы сети [1].
В зависимости от территории, охватываемой сетью, компьютерные сети подразделяются на три основных класса:
Однако в последнее время различают также:
Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на разных континентах. Из глобальных наиболее популярной является сеть Интернет. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей, причем каждая внутренняя сеть может обладать собственной структурой и способами управления.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов внутри большого города, экономического региона, страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) включает абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков и т.д. Протяженность такой сети обычно ограничена пределами 2 – 2,5 километра.
ЛВС могут входить как компоненты в состав региональных сетей, региональные - в глобальные и, наконец, глобальные сети могут образовывать сложные структуры.
Под кампусом обычно понимают группу зданий, объединенных корпоративной сетью, состоящей из множества локальных сетей. Примером кампусной сети может служить сеть крупного учебного заведения, расположенного в нескольких учебных корпусах. Обычно к кампусной сети подключаются и общежития, что позволяет студентам, не выходя из дома, получать доступ к информационным ресурсам как учебного заведения, так и через Интернет к ресурсам Всемирной Паутины. Общее число компьютеров, подключенных к кампусной сети, может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч.
Домовые сети - это локальные компьютерные сети, имеющие выход в Интернет. По сути, они ничем не отличаются от офисных локальных вычислительных сетей. Разница в том, что к домашней сети подключены личные компьютеры пользователей, находящиеся в частных квартирах.
Несмотря на то, что первые компьютерные сети создавались для работы с данными, текстовой и графической информацией, в настоящее время компьютерные сети являются, в основном, мультисервисными и способны передавать также голосовой трафик и видео. Часто в статьях, посвященных описанию услуг современных мультисервисных сетей, используется термин Triple Play. Обычно этот термин расшифровывают, как услуги передачи голоса, видео и данных. Приведем примеры наиболее популярных предоставляемых и потенциальных услуг.
Услуги передачи данных:
Голосовые услуги:
Видеоуслуги:
Приведенный перечень услуг является приблизительным, имеющий тенденцию к расширению списка услуг.
Современная компьютерная сеть обычно характеризуется следующими основными параметрами:
Рассматриваемая в данной работе технология построения компьютерных сетей Ethernet позволяет обеспечить эти параметры на достаточно высоком уровне.
Основные этапы развития этой технологии приведены на рисунке. Первоначально технология Ethernet была разработана в 70-x годах прошлого века в исследовательском центре компании Xerox. В 1980 г технология Ethernet стала базовой спецификацией IEEE 802.3. Затем компании Digital Equipment, Intel и Xerox совместно разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с 802.3 [2].
Основным ограничением технологии Ethernet было то, что первоначально были заложены такие решения, при которых множество пользователей конкурировали за одну полосу пропускания 10 Мбит/c. По некоторым оценкам при достаточно частом обмене между компьютерами ЛВС, при увеличении количества станций до 10-20 резко увеличивается вероятность конфликта, а следовательно, наблюдается падение пропускной способности сети. В дальнейшем появились сначала мосты, а затем и коммутаторы, позволившие повысить пропускную способность сети.
Основные этапы развития технологии Ethernet
Можно утверждать, что с появлением коммутаторов технология Ethernet получила второе рождение. Используя технологию коммутируемого Ethernet, каждое устройство получает выделенный канал между собой и портом коммутатора. Технология коммутации стала толчком к созданию концепции виртуальных локальных вычислительных сетей - Virtual Local Area Network (VLAN).
Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 г., когда группа производителей объединилась в ассоциацию, названную Альянсом Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance) с целью дальнейшего одобрения стандарта 802.3u комитетом Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) в 1995 г. Наибольшее распространение нашли стандарты 100BaseTX для кабеля категории 5 (две неэкранированные витые пары) и 100Base FX (многомодовый оптический кабель). Основная область использования Fast Ethernet в настоящее время - это сети рабочих групп и отделов.
Дальнейшее развитие сетей с пропускной способностью 10 и 100 Мбит/c представляет технология Gigabit Ethernet. Основная цель этой технологии состоит в значительном повышении скорости передачи данных с сохранением совместимости с уже установленными сетями на базе Ethernet. Разработка технологии Gigabit Ethernet началась в 1995 г, которая закончилась принятием стандарта 802.3аz.
В июле 2002 г. рядом производителей сетевого оборудования была создана экспериментальная сеть 10 Gigabit Ethernet в Las Vegas, Nevada общей протяженностью 200 км. В настоящее время целый ряд фирм ведущих производителей телекоммуникационного оборудования освоил серийное производство оборудования с портами 10 Gigabit Ethernet.
Успех Ethernet обусловлен, прежде всего, следующими причинами: высокой скоростью, легкостью масштабирования технологии и ее простотой для массового использования. Легкость масштабирования была заложена еще при разработке технологии, что обеспечило ей конкурентные преимущества перед технологиями с кольцевыми топологиями. В настоящее время серийно производятся устройства, поддерживающие 10 Гбит/с, и вполне вероятно, что уже через несколько лет Ethernet достигнет скорости 40, 80 или даже 100 Гбит/с.
В настоящей работе приведены основные сведения и рассмотрены сетевые решения построения сетей на базе технологии Ethernet. Интерес к этой технологии обусловлен тем, что она находит очень широкое распространение при построении практически всех классов сетей, кроме глобальных.
В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с принципами Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) - множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3. В модели Open System Interconnection (OSI) протокол CSMA/CD относится к доступу к среде. На этом уровне определяется формат, в котором информация передается по сети, и способ, с помощью которого сетевое устройство получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.
CSMA/CD состоит из двух частей: Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Первая часть определяет, каким образом рабочая станция с сетевым адаптером «ловит» момент, когда ей следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если слышится несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением. Рабочая станция переходит в режим ожидания и находится в нем до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Вторая часть - Collision Detection - служит для разрешения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, передаваемые данные наложатся друг на друга и ни одно из сообщений не дойдет до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешаются с сигналами другой). Collision Detection требует, чтобы «станция прослушала сеть» и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, станция повторяет передачу пакета через случайным образом выбранный промежуток времени. Затем она вновь проверяет, не произошел ли конфликт. Термин «множественный доступ» подчеркивает тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ к сети.
Рассмотрим структуру кадра Ethernet, показанную на рис. 3.1 [3]. Поля в кадре имеют следующие значения.
Р и с. 3.1. Структура кадра Ethernet
Поля «Преамбула» и «Признак начала кадра» предназначены для синхронизации отправителя и получателя. Преамбула представляет собой 7-байтовую последовательность единиц и нулей. Поле признака начала кадра имеет размер 1 байт. Эти поля не принимаются в расчет при вычислении длины кадра.
Поле «Адрес получателя» состоит из 6 байт и содержит физический адрес устройства в сети, которому адресован данный кадр. Значения этого и следующего поля являются уникальными. Каждому производителю адаптеров Ethernet назначаются первые три байта адреса, а оставшиеся три байта определяются непосредственно самим производителем. Например, для адаптеров фирмы 3Com физические адреса будут начинаться с 0020AF. Первый бит адреса получателя имеет специальное значение. Если он равен 0, то это адрес конкретного устройства (только в этом случае первые три байта служат для идентификации производителя сетевой платы), а если 1 - широковещательный. Обычно в широковещательном адресе все оставшиеся биты тоже устанавливаются равными единице (FF FF FF FF FF FF).
Информация о работе Построение компьютерных сетей на базе коммутаторов Ethernet: